適用于汽車(chē)電源系統(tǒng)的全橋推挽式雙向DC-DC變換器

1引言

隨著諸如電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)等新能源汽車(chē)對(duì)電能需求的日益增長(zhǎng)，基于超級(jí)電容器的儲(chǔ)能系統(tǒng)被越來(lái)越多的應(yīng)用于主電源系統(tǒng)的輔助充放電功能。雙向DC-DC變換器可以實(shí)現(xiàn)低壓超級(jí)電容側(cè)和高壓傳動(dòng)系統(tǒng)側(cè)之間的電能傳輸，高壓側(cè)包括1個(gè)3相變頻系統(tǒng)和主電源，如圖1所示。一般來(lái)說(shuō)，高升壓/降壓比的電功率變換，在拓?fù)渲锌梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)高頻變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于低電壓大電流側(cè)來(lái)說(shuō)，廣泛采用同步整流器來(lái)減少整流傳導(dǎo)損耗^[1]。

圖1基于汽車(chē)儲(chǔ)能系統(tǒng)的超級(jí)電容器

本文提出了一種結(jié)構(gòu)，將一個(gè)高頻變壓器與基于雙向DC-DC變換器的全橋/推挽電路相聯(lián)接，為汽車(chē)電源系統(tǒng)提供充放電服務(wù)。它可以在低電壓大電流超級(jí)電容側(cè)和高電壓弱電流主電源側(cè)之間進(jìn)行充放電操作，以上過(guò)程通過(guò)實(shí)驗(yàn)拓?fù)湎到y(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。此外，本系統(tǒng)還采用同步整流器和無(wú)損耗緩沖電容來(lái)縮減傳導(dǎo)損耗和電壓/電流浪涌，這些浪涌主要是由二極管恢復(fù)特性和軟開(kāi)關(guān)操作引起的。

2電路拓?fù)?/strong>

雙向DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中，Vb和S.C.表示蓄電池組高電壓源和超級(jí)電容；高電壓功率傳送系統(tǒng)用電阻R1；高電壓側(cè)的全橋電路（S1/D1到S4/D4）和低電壓側(cè)的推挽電路（S5/D5和S6/D6）通過(guò)高頻變壓器T相聯(lián)。當(dāng)超級(jí)電容處于充電模式下，全橋電路就成為一個(gè)高頻逆變器。反之，超級(jí)電容處于放電模式時(shí)，推挽電路成為高頻逆變器。Cr1和Cr2為附加的無(wú)損耗電容，起到零電壓開(kāi)關(guān)時(shí)的換向作用。

2.1超級(jí)電容器充電模式（PWM和移相PWM）

本文討論了兩種型式的超級(jí)電容充電模式下的PWM方案?；镜淖儞Q器PWM控制波形如圖3所示。

圖2基于雙向DC-DC變換器的全橋/推挽式電路